摘要：在农业生产中，农药是保障作物健康生长、抵御病虫害侵袭的重要武器。然而，传统农药在使用过程中面临着诸多挑战，其中农药利用率低便是一个亟待解决的大问题。大部分农药在喷施后，无法有效附着在作物表面，容易因风吹、雨淋而流失，不仅造成了资源的浪费，还可能对环境带来污染。
新型可喷施短纤维：农药递送的变革者
在农业生产中，农药是保障作物健康生长、抵御病虫害侵袭的重要武器。然而，传统农药在使用过程中面临着诸多挑战，其中农药利用率低便是一个亟待解决的大问题。大部分农药在喷施后，无法有效附着在作物表面，容易因风吹、雨淋而流失，不仅造成了资源的浪费，还可能对环境带来污染。为了攻克这一难题，科研人员一直在不懈探索。近期，中国农业科学院植物保护研究所农药分子靶标与绿色农药创制创新团队取得了一项突破性成果，他们开发出了负载农药咯菌腈的可喷施短纤维悬浮剂，为提高农药利用率带来了新的希望。
这项成果以 “Geometrically and Micromechanically Optimized Sprayable Short Fibers for Precision Pesticide Delivery” 为题，发表在了知名期刊 Small（IF 13.0）上，并且荣幸地被精选为 Frontispiece 卷首论文。那么，这种神奇的可喷施短纤维悬浮剂究竟有何独特之处呢？让我们一探究竟。
科研团队利用静电纺丝技术和氨解法，精心打造出了由可生物降解聚合物聚羟基丁酸酯构建的高长径比短纤维载体。聚羟基丁酸酯是一种非常特殊的材料，它具有良好的生物降解性，不会像普通塑料那样在环境中长久残留，对土壤、水体等生态环境十分友好。而高长径比的短纤维结构，则赋予了它非凡的性能。
这些短纤维就像是一个个训练有素的 “小卫士”，能够巧妙地锚定在水稻叶片乳突的间隙内。我们知道，水稻叶片表面并非光滑平整，而是有着许多微小的乳突结构。传统的农药剂型很难充分利用这些微观结构来实现稳固附着，而短纤维却能精准地找到这些间隙并扎根其中，从而实现了较高的持留率。与传统微球相比，短纤维载体的最大稳定持留量提升至少 1.47 倍。这意味着在相同的喷施条件下，短纤维能够让更多的农药有效附着在叶片上，而不是白白流失。不仅如此，短纤维还大大提高了农药的抗雨水冲刷性能。在冲洗试验中，其持留量提升至少 1.43 倍。想象一下，在一场大雨过后，传统农药可能大部分都被冲刷掉了，而搭载在短纤维上的农药却依然能够牢牢地坚守阵地，继续发挥其保护作物的作用。
科研人员还通过有限元法构建了载药微纳颗粒与水稻叶面微观模型，并进行了深入的力学分析。模拟结果显示，短纤维与叶片的接触面积更大，接触概率也更高，进而能够实现均匀的应力分布。这就好比我们在铺地砖时，如果地砖的形状和尺寸设计得更合理，就能与地面贴合得更紧密，承受压力也更均匀。短纤维正是凭借这种独特的几何和力学优势，在叶片表面实现了更稳定、更高效的附着。
除了出色的附着性能，短纤维悬浮剂还具备良好的稳定性和 pH 响应释放性。这意味着它能够在不同的环境条件下保持自身的结构和性能稳定，并且能够根据作物所处环境的 pH 值变化，智能地控制农药的释放速度。当作物周围环境适宜病虫害滋生时，环境的 pH 值可能会发生一定变化，此时短纤维悬浮剂能够感知到这种变化，并适时地释放出农药，精准打击病虫害。实验表明，它能有效抑制黄瓜灰霉病和水稻纹枯病等多种常见病害。在模拟降雨条件下，其对立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）的抑菌效果甚至优于商业化悬浮剂，展现出了强大的病害防控能力。
值得一提的是，短纤维悬浮剂在保障农业生产的同时，还充分考虑到了生态安全。对斑马鱼的影响实验表明，它对水生生物的影响较小，具有良好的生物安全性。这对于维护整个生态系统的平衡和稳定至关重要，让我们在使用农药保护作物的同时，不必过于担心对其他生物造成严重伤害。
中国农业科学院植物保护研究所作为论文的第一完成单位，为这项成果的诞生付出了巨大努力。博士研究生上官文杰作为论文的第一作者，在研究过程中发挥了重要作用。植保所的黄啟良研究员、南开大学的边强正高级工程师以及植保所的曹立冬研究员则作为论文的共同通讯作者，为研究提供了关键的指导和支持。这项研究工作能够顺利开展并取得丰硕成果，离不开国家自然科学基金、北京市自然科学基金和中央级公益性科研院所基本科研业务费的资助，这些资金支持为科研人员提供了坚实的后盾，助力他们在科技创新的道路上不断前行。
可喷施短纤维悬浮剂的出现，为农药递送领域带来了一场革新。它有望在未来的农业生产中得到广泛应用，帮助农民朋友们更高效地使用农药，减少农药的浪费和对环境的污染，为实现绿色、可持续的农业发展目标贡献力量。相信随着科研人员的不断努力和技术的进一步完善，这种新型农药递送技术将在田间地头绽放出更加耀眼的光芒，为我们的农业生产和生态环境带来更多福祉。
来源：生态瞭望者
